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A1-Zn-In系陽(yáng)極材料的合金化
- 作者:立博
- 來(lái)源:wwww.wx8188.com
- 發(fā)布時(shí)間:2025-06-09
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鋁因為電位較負、電容量高、價(jià)格低廉,因而作為犧牲陽(yáng)極材料發(fā)展很快。鋁在中性介一般加入鋅質(zhì)中表面會(huì )生成致密鈍化膜,造成鋁鈍化,工程中通過(guò)合金化解決這個(gè)問(wèn)題,銦等活化元素,熔煉成鋁合金犧牲陽(yáng)極,這在工程應用中比較成功。
1931年,阿基莫夫證實(shí)了采用鋁陽(yáng)極的可能性。1968年,Rohman用Hg和Zn對鋁進(jìn)行合金化,獲得A1-Zn-Hg陽(yáng)極的第一個(gè)專(zhuān)利。以后DOW化學(xué)公司推動(dòng)了鋁陽(yáng)極的迅速發(fā)展,研制出商品化的 GalualumI和GalualumⅡ陽(yáng)極。在現有的鋁基陽(yáng)極中A1-Zn-Hg系具有最高電流效率(達90%~95%),且不隨時(shí)間變化,工作電位負且穩定,但由于Hg污染環(huán)境而被淘汰。后來(lái)Norris等發(fā)現,以n代替Hg可獲得較好的效果,并由此開(kāi)發(fā)了A1Zn-In系陽(yáng)極?,F在,A1-Zn-In系陽(yáng)極是應用最為廣泛的鋁合金犧牲陽(yáng)極。最近,Munoz和Bessone等研究了在鋁合金表面上沉積納米氧化膜通過(guò)表面改性活化鋁合金,但這種方法目前處于探索階段,合金性能不理想。
鋁基陽(yáng)極合金中目前使用最廣、最有發(fā)展前景的是A1-Zn-In系合金。在二元A1-Zn合金的基礎上加人In元素,能明顯活化鋁陽(yáng)極,使其電位負移。n在鋁中的溶解度極小,其含量一般控制在0.01%~0.05%。含量低于0.005%時(shí),In對陽(yáng)極性能幾乎無(wú)影響;低于0.01%時(shí),仍不能使陽(yáng)極充分活化,電流效率也較低;在0.01%~0.04%范圍內隨著(zhù)In含量的增加,陽(yáng)極性能顯著(zhù)改善。但當In的含量大于0.1%時(shí),In將以新相形式偏析,加快鋁的自腐蝕。另外,In和Zn有協(xié)同作用,Zn含量大于2.5%和In含量為0.02%~0.05%的鋁陽(yáng)極性能優(yōu)越。因此,以In作為第三組元的A1-Zn-In系合金是研究最為活躍的陽(yáng)極材料。典型的三元合金為A1-2.5Zn-0.02In,該合金工作電位在一1.10V(相對于飽和甘汞電極,簡(jiǎn)寫(xiě)為SCE)左右,電流效率約在80%,使用時(shí),合金表面逐漸覆蓋一層絮狀腐蝕產(chǎn)物,松軟,不易覆蓋在合金表面。但其表面腐蝕不均勻,有一些深孔和凸起,有時(shí)甚至出現裂縫。為了改善表面溶解狀況,國內外研究者均在A(yíng)1-Zn-In合金基礎上,通過(guò)添加第四第五等合金元素,如Si,Bi,Ti,Ga等,還有添加一些納米氧化物,從而研發(fā)出一系列犧牲陽(yáng)極材料。最近幾年,A1-Zn-In-Mg-Ti系犧牲陽(yáng)極在我國逐漸廣泛應用,但該合金電化學(xué)性能也有待提高,且目前關(guān)于該合金的文獻資料鮮有報道。焦孟旺等首次研究了Mn與稀土元素La對 Al-Zn-In-Mg-Ti陽(yáng)極合金組織與性能的影響,表明Mn與La對該類(lèi)合金電化學(xué)性能有改善作用,但有待進(jìn)一步深入研究。
常用的鋁合金陽(yáng)極電流效率為70%~85%,通過(guò)改進(jìn)合金的組成與含量以提高鋁合金的綜合電化學(xué)性能是各國研究人員努力的方向之一。從成分設計考慮,利用微合金化是提高合金性能的有效途徑。由于細晶粒合金通常具有優(yōu)良性能,添加細化晶粒的合金元素來(lái)細化組織而達到提高性能的目的是常用合金化方法;防腐用陽(yáng)極合金的使用狀態(tài)通常為鑄態(tài),通過(guò)合金化改善鋁合金鑄造成型性也是提高該合金性能的方法;還可從凈化鋁合金中雜質(zhì)元素方面考慮來(lái)以提高合金性能。因此,在目前工程上使用的犧牲陽(yáng)極材料的基礎上,通過(guò)微合金化來(lái)改善合金組織,提高合金鑄造性能,減少雜質(zhì)的有害影響等是進(jìn)一步提高陽(yáng)極合金的綜合電化學(xué)性能的可行路徑。
犧牲陽(yáng)極材料的性能主要由其化學(xué)成分和組織結構決定。目前國內外關(guān)于化學(xué)成分與組織結構對鋁合金犧牲陽(yáng)極材料電化學(xué)性能影響的研究很多,主要集中在以下兩個(gè)方面:一是合金元素對鋁合金陽(yáng)極的活化作用,大部分合金元素如In、Sn、Zn加入的主要目的是限制或阻止表面形成連續致密的鈍化膜,促進(jìn)表面活化,使合金具有較負的電極電位和較高的電流效率;二是組織與性能的關(guān)系,在晶粒大小與陽(yáng)極合金電化學(xué)性能之間關(guān)系方面,研究者觀(guān)點(diǎn)各不相同,但小晶粒合金具有優(yōu)良的力學(xué)性能,且使合金均勻溶解是大部分研究者所公認的。由于多元微合金化合金元素交互作用的復雜性及檢測手段的限制,對于合金元素在犧牲陽(yáng)極中的作用及陽(yáng)極材料組織與性能的關(guān)系目前認識還比較模糊。如果能確定鋁合金陽(yáng)極主要組織與電化學(xué)性能之間的關(guān)系,無(wú)論是解釋鋁合金陽(yáng)極溶解機理或電流效率損失原因還是為開(kāi)發(fā)高性能鋁合金陽(yáng)極材料都具有理論指導意義。